专利名称：控制阀调整件的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及流体控制阀，更具体地讲，涉及流体控制阀塞的调整件(trim)和阀座的设计改进。
背景技术：
已经付出努力来设计具有对称地设置在其中的槽口(notch)的阀调整件或侧面，以限定用于阀内流体的优选流路。典型的此种努力为Masoneilan/Dresser工业公司的LINCOLNLOGTM阀的抗气穴调整件。抗气穴调整件分级压力通过控制阀下降。这些阀存在许多缺点。例如，至少在一些情况下，槽口的位置彼此过近而不能提供合适的分级。结果，阀中的流体能够从一个扼流圈流向下一个扼流圈，而不像想要的那样使用级间增压，而级间增压对于达到希望的分级从而避免气穴是必要的。在此将此问题称为“短路”。
另一个缺点是，当这些阀与常规塞尖一起使用时，它们不会引导流体远离塞的支持面来最小化支持面区域中的不平衡力。假如由阀中的流体压力下降产生的不平衡力可以减小，并且减小该不平衡力的一种方式是最小化塞的支持面附近的不平衡区域，那才是人们所希望的。
克服这些和其它缺点的方式在下面的发明内容和优选实施例的详细描述中说明。
发明内容
为了提供避免流向阀中连续等级的流体的短路的抗气穴调整件，在沿该阀塞旋转的位置提供成对的槽口是有效的。特别是，与正好彼此平行定位的特定对的槽口(即，沿该阀塞处于特定高度的两个槽口)相反，槽口被定位成使得它们彼此成锐角。因而每对槽口形成楔形，并以距离δ在楔形的最窄处分开两个槽口。尽管距离δ优选为较小，但也优选为方便制造的易加工尺寸。槽口的此种布置有利于促使阀内的流体行经多个增压空间，从而在增压上花费更多的时间，因此允许流体在进入下一等级之前恢复压力。
另一个改进是使用具有约为0.03英寸、优选为0.03l英寸的半径的塞尖，它从垂直于阀塞的纵向轴线的平面形成约为70～75°范围、最优选为75°的座圈角。对于阀塞而言，还希望具有引导流动远离塞和座圈的支持面的调整件。发现此塞尖半径和座圈角产生非常小的不平衡区域，与没有此种塞尖尺寸的抗气穴调整件塞相比，在不平衡区域方面大约减少90％的量，这使得由阀内的流体压力下降产生的不平衡力最小。有利地，此特征使得在升高的压力下降处的制动器推力需求最小。
此外，塞尖半径和座圈角产生相对高的阀座应力级别，它有益于获得极密封的关闭泄漏性能，从而使得泄漏最小。塞的支持面还有助于免于碰撞流体和所携带的微粒和其它碎片，从而增加调整件的使用寿命，并确保即使在长期使用之后，阀塞和座圈将继续呈现出密封的关闭性能。所获得的增加的接触应力效率还很好地使得致动器推力需求最小。
图1是带有抗气穴调整件的常规流体控制阀的局部剖视图；图2是根据本发明实施例的带有抗气穴调整件的流体控制阀的局部剖视图，该抗气穴调整件具有塞尖和座圈角；图2A是沿图2的线2A的放大剖视图；图3是根据本发明另一实施例的具有旋转槽口布置的阀调整件的正面透视图；图4是图3中所示的阀的透视图，从比图3更低的高度来看；图5是图3中所示的阀调整件的前平面图；图6是沿图5的线6-6的横截面图；
图7是沿图5的线7-7的横截面图；图8是沿图5的线8-8的横截面图；图9是图3-5中所示的阀调整件的断开的放大透视图，从比图4更低的高度来看。
具体实施例方式
图1示出了带有抗气穴调整件的常规阀10。阀10包括流体入口12、流体出口14以及穿过孔15将流体入口12连接到流体出口通道18的流体入口通道16。阀10是向上流动(flow-up)类型的，其中流体入口12和流体入口通道16位于低于流体出口14和流体出口通道18的水平面。阀塞20通过阀杆22A连接到致动器，该致动器未被示出，但是会位于阀杆22A之上。在阀塞20的顶部附近提供一个或多个孔22B，以容纳例如槽销(未示出)，从而确保阀塞20连接到阀杆22A。保持架(cage)23位于流体流路中，以影响所希望的流体流动特性。阀塞20的外表面24接触座圈28的表面26，座圈28形成用于阀塞20的阀座。
在防止阀10内气穴的努力中，希望提供抗气穴调整件。抗气穴调整件可使用多个对称放置的槽口29，以限定分级的流路。提供槽口29，以便在相对高的压力下保持流体流过座圈28，并且逐渐地允许压力随着流体到达较高的等级而降低。
在操作中，致动器选择性地移动阀杆22A，从而使阀塞20向下朝座圈28移动并且向上从座圈28移开，以分别关闭和打开阀10。由于阀塞表面24相对于座圈28的表面26的位置，可确定流体在阀塞20和座圈26之间流动的速度，因此控制阀塞表面24和座圈28的表面26的相对位置，能够在某种程度上控制流体流过阀10的速率。
然而，由于阀塞表面24沿其与座圈28的表面26相接触的区域的几何形状，经过孔15从入口通道16流向出口通道18的流体，没有被引导远离阀塞20和座圈28的支持面24、26到令人满意的程度，以便最佳地使支持面24、26的区域内的不平衡力最小。
同样，由于槽口29的彼此接近，因此存在流体短路的问题，即从一个扼流圈到下一个扼流圈，而没有利用级间增压，导致压力下降过快，因而不足以避免气穴。
在剩余的附图中，相同的附图标记用来代表在上述常规的阀10和本发明的优选实施例中共用的那些特征。
在图2中，阀30被示为其中的阀调整件31包括具有阀塞表面34的阀塞32，阀塞表面34具有特别有利的几何形状，实现该几何形状，以便减少与阀塞32相关的支持面的区域内的不平衡力。阀塞32具有塞尖(plug tip)34，塞尖34具有优选为约0.03英寸、更好是0.031英寸的半径。座圈28的表面26优选与垂直于阀塞32的纵向轴线的平面成约75°角。此处通常称作座圈角“α”的约为75°的这个角，与具有约为0.03英寸、更为优选地为0.031英寸的半径的塞尖34相结合，有利地引导流体远离阀塞32和座圈28的支持面，这使得不平衡区域明显减少，从而使由流体压力下降产生的不平衡力最小。图2A为阀塞32的塞尖34的半径R的区域的放大。
另外，发现75°座圈角α和约为0.03英寸、更优选地为0.031英寸的塞尖半径R的组合，在阀塞32关闭时还带来极密封的关闭，因此与诸如图1中所示的常规阀塞和座圈布置相比，可提高对从高阀座压力级的泄漏的抵抗。与这种常规阀塞和阀座布置相比，通过使用75°座圈角α和约为0.03英寸的塞尖半径R的组合，不平衡区域也可减小接近90％。这种不平衡区域的大量减少，可大大地降低用于升高的压力下降的致动器推力需求。通过减少塞尖34和座圈28之间的接触面积，可增加接触应力效率，这进一步使致动器推力需求最小。
阀30上的抗气穴调整件的进一步使用，例如沿阀塞32隔开的槽口29的使用，可增强密封关闭，并且还在带有分级流路的阀中有利地提供减少不平衡区域的组合好处。增强的关闭密封尤其有益，因为它不仅用于防止泄漏，还用于保护塞的支持面，以防碰撞流体，并且防止遭受到所夹带的微粒和其它碎片，从而增加阀30的安装寿命。可以认识到的是，塞尖34可与诸如图1中所示的常规阀塞20一起使用，其中阀塞20与图2所示的阀具有相同的槽口29布置。
图3-9示出阀调整件40的替代实施例。半径约0.03英寸、更为优选地是0.031英寸的塞尖34的细节，以及与具有约75°的座圈角α的阀座(未示于图3-9中)的关系，本实施例与图2所示的实施例相同，如在图9中被最佳地示出的那样。最佳示于图9中的塞尖34的细节的另一特征是在选择性地啮合座圈(图9中所示的塞尖半径R之下)的塞尖半径R之外的区域中塞尖34的阶梯斜坡几何形状。
塞尖半径R之外的塞尖34的这一区域的第一部分形成从阀塞32的纵向轴线优选约30°的第一角。塞尖半径R之外的塞尖34的这一区域的更末端的第二部分比第一部分具有更平缓的斜度，并形成从阀塞32的纵向轴线优选约60°的第二角。塞尖34的这一阶梯斜坡区域可有利地增强使流动远离阀塞32和座圈28的支持面的引导。通过引导流动远离支持面，可获得明显减少的不平衡区域，并且使得由压力下降产生的不平衡力最小。
为了克服使用抗气穴阀调整件的短路的问题，图3-9的实施例有利地提供多个槽口42、44、46、48、50、52，它们置于相对于图1中所示的常规抗气穴调整件的槽口29旋转的位置。特定高度的每对槽口，例如槽口42、52被置于彼此成锐角，形成楔形，而非像常规抗气穴调整件的槽口那样彼此平行。如图6的横截面图中所最佳示出的那样，距离δ在楔形的最窄部分分离每对的两个槽口42、52。优选地，距离δ较小，但为合理的加工尺寸。
沿阀调整件40的每对槽口优选相对于相邻对的槽口旋转，如图3-8所最佳示出的，以便分离由槽口42、52形成的楔形的最窄部分的距离δ从由相邻、次高对的槽口44、50形成的楔形的最窄部分偏置180°。此外，由槽口对46、48形成的楔形的最窄部分从由槽口对44、50形成的楔形的最窄部分偏置180°。因此，槽口46、48布置在与槽口42、52相同的方向。可替代地提供更少或者额外的槽口对，以及其它相对方向，例如除180°以外的偏置。
槽口42、44、46、48、50、52的此种旋转、楔形布置导致从入口通道16到出口通道18的流动，以便与常规的抗气穴调整件相比，在增压上花费更多时间。通过在增压上花费更多时间，流体更加能够在进入下一等级之前恢复压力，这可减少气穴。
可选地，倾斜的槽口42-52可独立定位或成对槽口结合，甚至以重复或者不重复的样式在独立槽口和成对槽口之间交替，以在到达下一等级之前提供最大扩展和压力恢复。这有利地提供了增强的获得希望的压力等级的能力。例如，与所有倾斜的槽口42-52被成对布置相反，它们可以被布置为在阀调整件的第一级别(对应于第一等级)处存在一对槽口42、52，在阀调整件的第二级别(对应于第二等级)处存在另一对槽口44、50，在阀调整件的第三级别(对应于第三等级)处只有单个槽口46，而在该第三级别处没有其它槽口，并且在阀调整件的第四级别(对应与第四等级)处，又可存在一对槽口。这可以描述为“2-2-1-2”槽口布置，其中数字代表提供在每个各自级别的槽口的数目。
因此，“2-1-2-1”布置表示一对槽口42、52在第一级别、单个槽口44在第二级别、一对槽口46、48在第三级别、单个槽口在第四级别。优选地，仅包括单个槽口的级别的槽口将仍然被布置为相对于下一较高级别和下一较低级别之一倾斜，即处于锐角。
虽然槽口42-52优选为成一定角度的并且相邻对的槽口的方向优选以所描述的方式交替，但是阀塞32仍然会相对于保持架23(未示于图3-9)具有任意方向。有利地，通过获得更可靠和更缓和的压力等级，通常用在使用控制阀的流体流动系统中的某些扼流圈，至少可稍微放松或打开，从而产生较高容量的阀，而不牺牲压力下降能力。
虽然本发明集中于特定的优选实施例，但它不仅限于此。可对此处描述的实施例进行变化，而不背离本发明的范围，并且上述变化仍处于所附权利要求的范围内。例如，阀可以为向下流动(flow-down)阀或其它类型的阀，而不是在附图中所示的向上流动阀。
权利要求
1.一种用于控制流体流动速率的阀，包括(a)主体，具有流体入口、与该流体入口连通的入口通道、出口通道、与该出口通道连通的流体出口、连接该入口通道和该出口通道的管路；(b)围绕该管路布置的座圈；(c)包括阀塞和塞尖的阀调整件，该阀调整件包括多个抗气穴槽口，所述多个抗气穴槽口中的至少两个被布置为彼此成锐角。
2.如权利要求1所述的阀，其中该阀调整件包括两个或更多的阀调整件中槽口的级别，并且其中任何所述级别的每个槽口被布置为，相对于在该阀调整件的一个或更多相邻级别处的一个或更多槽口倾斜。
3.如权利要求1所述的阀，其中该阀调整件的所述级别中的至少一个包括一对槽口，该对所述槽口形成楔形，并且在该楔形的最窄部分彼此分开。
4.如权利要求1所述的阀，其中该阀调整件的多个级别包括成对槽口，并且其中在所述多个级别的每个级别处的成对槽口中的槽口被布置为彼此成锐角，由此所述每对槽口的所述槽口形成楔形。
5.如权利要求4所述的阀，其中所述多对槽口中的槽口在该楔形的最窄部分彼此分开。
6.如权利要求4所述的阀，其中所述成对槽口中的至少一对的两个槽口相对于相邻所述成对槽口的两个槽口而偏置。
7.如权利要求4所述的阀，其中所述至少一对槽口的楔形的最窄部分相对于相邻的所述成对槽口的楔形的最窄部分偏置180°。
8.如权利要求1所述的阀，其中该座圈被布置为从通过该阀塞的纵向轴线延伸的平面约成75°角。
9.如权利要求1所述的阀，其中该塞尖具有约为0.03英寸的半径。
10.如权利要求1所述的阀，其中该塞尖具有0.031英寸的半径。
11.一种用于阀的阀调整件，包括阀塞和塞尖，该阀调整件其中包括多个抗气穴槽口，所述多个抗气穴槽口被布置在沿该阀调整件的长度的至少一对所述槽口中，并且其中在该至少一对槽口中的槽口被布置为彼此成锐角，由此所述槽口形成楔形。
12.如权利要求11所述的阀调整件，其中所述至少一对槽口中的槽口在该楔形的最窄部分彼此分开。
13.如权利要求11所述的阀调整件，包括多对槽口，并且其中所述多对槽口中的槽口被布置为彼此成锐角，由此所述每对槽口的所述槽口形成楔形。
14.如权利要求13所述的阀调整件，其中所述多对槽口中的槽口在该楔形的最窄部分彼此分开。
15.如权利要求13所述的阀调整件，其中所述成对槽口中的至少一对相对于相邻的所述成对槽口而偏置。
16.如权利要求13所述的阀调整件，其中所述至少一对槽口的楔形的最窄部分相对于相邻的所述成对槽口的楔形的最窄部分偏置180°。
17.如权利要求11所述的阀调整件，其中该塞尖具有约为0.03英寸的半径。
18.如权利要求11所述的阀调整件，其中该塞尖半径为0.031英寸。
19.如权利要求11所述的阀调整件，该塞尖具有选择性地啮合该座圈的塞尖半径和在塞尖半径之外的阶梯斜坡区域，该阶梯斜坡区域包括邻近该塞尖半径的第一部分，所述第一部分具有相对于该阀塞的纵向轴线的第一角；以及比该第一部分具有更平缓斜度的第二部分，所述第二部分位于比该第一部分更远离该塞尖半径处，并且具有相对于该阀塞的纵向轴线的第二角，由此该阶梯斜坡区域用于引导流动远离由该塞尖半径和该座圈限定的至少两个支持面。
20.如权利要求19所述的阀，其中所述相对于该阀塞的纵向轴线的第一角约为60°，并且所述相对于该阀塞的纵向轴线的第二角约为30°。
全文摘要
流体控制阀调整件(31)和带有半径约为0.03英寸的阀塞(32)的阀座(28)，当与约为75°的阀座角一起使用时，产生最小的不平衡区域。该阀调整件具有成对的抗气穴槽口(42～52)。槽口被布置为每个特定对的槽口彼此形成角度，并且可进一步被布置为相邻对的槽口相对于彼此偏置，以便增加流体用于增压的时间，在流体穿过阀时，带来适度分级和受控压力下降。
文档编号F16K47/04GK1798939SQ200480014876
公开日2006年7月5日 申请日期2004年3月2日 优先权日2003年5月30日
发明者内森·J·汉姆布林, 特德·A·龙 申请人:费希尔控制产品国际有限公司